【摘要】：針對電子束選區(qū)熔化的特點,采用不同工藝參數(shù)成形了Ti6Al4V實體試樣,并利用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電鏡和X射線衍射儀研究了氣霧化Ti6Al4V粉末在電子束選區(qū)熔化成形中的微觀組織特征以及不同體能量密度(P/v)對微觀組織的影響。結(jié)果表明:電子束選區(qū)熔化Ti6Al4V合金內(nèi)部組織為細針狀馬氏體、魏氏組織和網(wǎng)籃組織,細針馬氏體區(qū)位于試樣成形頂部;隨著體能量密度的增加馬氏體區(qū)高度由7~8個鋪粉層厚增加到22~25個鋪粉層厚,內(nèi)部組織由細長片狀魏氏組織變?yōu)槲菏辖M織和網(wǎng)籃組織組成的雙態(tài)組織,片狀α相的厚度也由1~2μm增加到2~4μm。
【圖文】：

·3216·稀有金屬材料與工程第44卷圖1Ti6Al4V粉末SEM形貌Fig.1SEMimageofTC4powder預(yù)熱，可以有效提高粉末抵抗電子束沖擊的能力，，防止吹粉和粉末飛濺�；孱A(yù)熱參數(shù)為電子束掃描速度10m/s，束流20mA，預(yù)熱時間6min。粉末預(yù)熱采用束流漸增的方式，掃描速度為5m/s，預(yù)熱遍數(shù)為20，束流1~20mA漸增。采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射和透射電鏡對粉末材料和成型試樣內(nèi)部組織進行了觀察分析。電子束選區(qū)熔化過程中，引入體能量密度來解釋工藝參數(shù)對成形的影響，體能量密度是指電子束選區(qū)熔化每層粉末時，單位體積內(nèi)粉末獲得的能量。提出體能量密度公式為：ModifiedcoefficientπPEfhtv=(1)其中，P為功率；v為掃描速度；h為掃描間距；t為粉末層厚。對于確定的粉末，掃描間距一定時，功率（P）和掃描速度（v）的比值（P/v）直接反應(yīng)體能量密度的變化趨勢。2結(jié)果與討論2.1體能量密度(P/v)對成形質(zhì)量的影響成形零件的質(zhì)量主要受成型過程工藝參數(shù)的影響，理想的成型件表面平整且粗糙度低，掃描線光滑連續(xù)，內(nèi)部組織致密，無氣孔、裂紋和未熔合等缺陷。工藝過程對表面質(zhì)量和和內(nèi)部結(jié)合影響較大，能量輸表1電子束快速成形工藝參數(shù)Table1ParametersofelectronbeamrapidprototypingSampleNo.P/Wv/m·s-1(P/v)/J·mm-11120,240,3600.50.24,0.48,0.722240,480,7200.50.48,0.96,1.44360,120,1800.20.3,0.6,0.94120,240,3600.20.6,1.2,2.4入不足，容易導(dǎo)致掃描線不連續(xù)，表面粗糙（如圖2a、2c所示）；提高能量輸入，掃描線光滑連續(xù)，但成形試樣兩側(cè)有凸起，這是由于能量密度輸入高，熔池作用時間長，流動性好，電子束掃描時將液相金屬推向兩側(cè)（圖2b、2d所示）。電子束選區(qū)熔化在真空條件下進行，有效?

在真空條件下進行，有效避免了氧、氮、氫等氣體對試樣的不良影響，成形件內(nèi)部存在孔隙，這可能是由于Ti6Al4V粉末為氣霧化粉末，低能量密度時，熔池存在時間短，也不利于氣體的逸出（如圖3所示）。采用能量漸增的掃描方式，使粉末形成預(yù)燒結(jié)，可以有效防止粉末的球化，但能量輸入不足仍不能避免未熔合的缺陷的產(chǎn)生。試驗結(jié)果表明增加能量體密度能夠明顯改善內(nèi)部結(jié)合情況，提高致密性。2.2體能量密度(P/v)對微觀組織的影響電子束快速成形是逐層堆積的過程，其熔池具有溫度高、冷卻速度快的特點，已凝固部分受到反復(fù)加圖2TC4試樣外觀形貌Fig.2MacromorphologyofTC4sampleswithdifferentprocessings:(a)P/v=0.24,0.48,0.72J·mm-1,(b)P/v=0.48,0.96,1.44J·mm-1,(c)P/v=0.3,0.6,0.9J·mm-1,and(d)P/v=0.6,1.2,2.4J·mm-1圖3成形試樣內(nèi)部缺陷Fig.3Poresandlackoffusioninthesample(P/v=0.24,0.48,0.72J·mm-1)abcdPoresLackoffusion200μm
【作者單位】： 清華大學(xué)先進成形制造教育部重點實驗室;
【基金】：北京市科技計劃項目(D13110400300000)
【分類號】：TG146.23

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1 史克勤,張路,李忠英;輻射加工用電子束能量的測量[J];計量技術(shù);1994年03期

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本文編號：2551362